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Efecto de la adición de lodos de papel activados térmicamente en las propiedades mecánicas y de porosidad de pastas de cemento
The present article discusses the effect of paper sludge additions, calcined at 700 ºC for two hours, on cement paste pore structure and mechanical strength. Both total and capillary porosity were observed to depend on the percentage of calcined sludge added to the cementitious matrix. While a 10% addition induced values for both slightly higher than the control, adding 20% prompted the opposite result, reducing porosity values with respect to the control. Substantial refinement was observed, with a rise in pores smaller than 0.01 μm (gel pores) when the calcined sludge was added. Such refinement was greater at the higher percentage of sludge. After approximately 15 days, strength was lower in both the additioned pastes compared to the control. A high correlation (R2≥0.939) was found between total porosity and compressive strength for both percentages studied.El presente trabajo muestra el resultado de una investigación llevada a cabo en pastas de cemento que contienen un 10 y un 20% de lodo de papel calcinado a 700 ºC, durante 2h. Se estudia cómo afecta esta adición activa en la estructura porosa y las resistencias mecánicas. Se demuestra que tanto la porosidad total como la capilar dependen del porcentaje de lodo calcinado añadido a la matriz cementante. Así, un 10% de adición muestra para ambas porosidades valores ligeramente superiores al de la pasta de referencia, sin embargo la incorporación de un 20% produce un resultado contrario, disminuyendo ambas porosidades con respecto a la pasta control. Para el caso de poros de tamaño inferior a 0,01 μm (poros de gel) se detecta un importante proceso de refinamiento con la incorporación del lodo calcinado, este refinamiento es tanto mayor cuanto mayor es el porcentaje añadido. En cuanto a los valores de resistencia, para los dos porcentajes de adición se produce una disminución a partir de aproximadamente 15 días, respecto a la pasta patrón. Se muestra una buena correlación entre la porosidad total y la resistencia a compresión para ambas adiciones (R2≥0,939)
Sostenibilidad en construcción a través de los materiales
XVIII Curso de Estudios Mayores de la Construcción. Máster en Gestión y Tratamiento de ResiduoEl aumento progresivo en la generación de residuos ha hecho que, tanto los países industrializados como
los países en vía de desarrollo, se plateen políticas medioambientales para establecer las pautas a seguir
para optimizar la gestión de los mismos, buscando alternativas a su vertido en escombreras y que por sus
características puedan ser reutilizados como materias primas en los diferentes procesos industriales. Este
hecho tiene un efecto muy beneficioso en la reducción de la contaminación medioambiental, así como en
el cambio climático.
La utilización de residuos en el Sector de la Construcción representa una vía importante de valorización,
dado que este sector presenta la ventaja de poder asumir ingentes cantidades de residuos en las diferentes
etapas de su producción. Sin embargo, es primordial investigar las propiedades de los residuos con el fin de
buscar aplicaciones concretas de uso.
El Grupo de Investigación de “Reciclado de Materiales”, desde hace más de 25 años, lleva a cabo una
intensa labor de investigación y formación, participando en los Cursos CEMCO (Curso de Estudios Mayores
de la Construcción) en esta línea de investigación. Estos cursos son considerados los más emblemáticos y
conocidos de los realizados en el Instituto Eduardo Torroja, y están permitiendo la formación de nuevas
generaciones de profesionales.
También, la labor docente que realiza este Grupo de Investigación se desarrolla, desde el 2006, en
colaboración con la Universidad Autónoma de Madrid a través del Máster de “Gestión y Tratamiento de
Residuos” como una de las vías prioritarias para la divulgación de los logros conseguidos.
En este año 2014 se han aunado las dos vertientes docentes con la organización de un seminario
conjunto CEMCO (CSIC) - Máster de Residuos (UAM), con el fin de exponer las últimas iniciativas sobre la
Sostenibilidad en la Construcción a través de los Materiales, que ha dado lugar a la edición del presente
libro.
Los editores agradecen a todas las personas que han contribuido al desarrollo del seminario y a la
edición del presente libro, en especial a las instituciones IETcc-CSIC y UAM, a los diferentes patrocinadores
y, finalmente, a todos los autores y ponentes que sin su apoyo y dedicación no hubiese sido posible
realizarlo.Peer reviewe
Resistencia de un concreto con cemento sustituido parcialmente por lodo de papel y concha de abanico
La siguiente investigación estuvo enfocada en determinar y comparar la resistencia a compresión de un concreto F´c = 210kg/cm², con otros donde se sustituirá al cemento por la combinación de ceniza de lodo de papel de la empresa Trupal S.A. (ubicada en Santiago de Cao ? La Libertad) y polvo de concha de abanico (extraída de Chimbote - Ancash), en porcentajes de 10% y 15%.
Ambos materiales sustituyentes del cemento, después de ser activados térmicamente, obtuvieron gran capacidad cementante por sus altos contenidos de silicio, aluminio y calcio. Consiguientemente se elaboraron las probetas de concreto patrón y las probetas de concreto experimentales, siendo estas sometidas a ensayo de compresión a los 7, 14 y 28 días de curado, determinándose que cuando el cemento fue sustituido en un 10%, la resistencia final fue mayor, alcanzando una F´c = 236.76 Kg/cm2 que representa un 112.74%; mientras que cuando el cemento fue sustituido en un 15% la resistencia final fue menor, alcanzando una F´c = 207.31 Kg/cm2 que representa un 98.72% ,ambas en comparación con el concreto patrón.Tesi
Resistencia del concreto f’c = 210 kg/cm sustituyendo al cemento en 5%, 8% y 10% por ceniza de lodo de papel
La presente investigación tiene como propósito comparar la resistencia a
compresión de un concreto F’c= 210 kg/cm2, con un concreto donde se sustituirá
al cemento en 5%, 8% y 10% por ceniza de lodo de papel obtenido en la empresa
Trupal S.A.
Esta investigación comprende una metodología experimental, de tipo aplicada
con nivel cuasi experimental. Se elaboraron 9 probetas de concreto patrón y 9
probetas de concreto experimental para cada porcentaje de sustitución del
cemento, posteriormente serán sometidas al ensayo de resistencia a la
compresión a los 7, 14 y 28 días de curado.
Se obtuvieron los siguientes resultados, las probetas patrón alcanzaron un F’c
= 222.41 kg/cm2. Para las probetas experimentales, cuando el cemento fue
sustituido en 5% alcanzó un F’c = 234.31 kg/cm2, cuando el cemento fue
sustituido en 8% logró un F’c = 214.92 kg/cm2, finalmente sustituyendo el
cemento en 10% se obtuvo un F’c = 198.69 kg/cm2, concluyendo que el concreto
donde se sustituyó al cemento en un 5% presenta una resistencia mayor
representando un 111.57%, asimismo el concreto donde se sustituyó al cemento
en un 10% presenta una resistencia menor representando un 94.62%, estos
resultados en comparación con el concreto patrón
Melhoramento de um solo granular por ativação alcalina de resíduos de cerâmica vermelha e cal de carbureto
Os cimentos alcalinos surgiram recentemente como uma nova tecnologia para a produção de materiais com propriedades ligantes, como alternativa aos materiais tradicionais (por exemplo, cimento de clínquer Portland e cal), em resposta às limitações enfrentadas pelo atual uso em massa desses materiais tradicionais. Estes cimentos álcali-ativados têm se caracterizado por suas baixas emissões de CO2 e consumo de energia em seu processo produtivo, além da possibilidade de incluir resíduos e subprodutos de várias indústrias como precursores e ativadores para sua fabricação com respostas mecânicas comparáveis aos materiais tradicionais. Neste contexto, a presente pesquisa propõe inicialmente a síntese de diversos sistemas álcaliativados produzidos a partir de resíduos cerâmicos vermelhos (RCV) provenientes da indústria de construção e demolição, e cal de carbureto (CC), como subproduto da produção de gás acetileno, ativados com soluções de hidróxido de sódio, com o objetivo de determinar as condições de dosagem, entre precursores e ativador, que tendem a otimizar o desempenho mecânico deste cimento alternativo. Posteriormente, parâmetros chave em termos de resistência, rigidez e durabilidade são avaliados na melhoria dos solos granulares a partir da adição e ativação desses resíduos. Além disso, estudar a possibilidade de adaptar o parâmetro porosidade/volume teórico do agente cimentante (η/Biv) na estimativa da resposta mecânica. Em geral, foi possível definir condições de dosagem entre os materiais precursores e o ativador alcalino que tendem a maximizar a resistência e rigidez das pastas ativadas alcalinas, obtendo resistências à compressão de até 14,6 MPa em 7 dias de cura a temperatura ambiente. Foram identificados produtos de reação primária (géis cimentícios de composição muito heterogênea) do tipo C-S-H/C-A-S-H e silico-aluminatos alcalinos (C,N-A-S-H) coexistentes na matriz cimentícia. Foi verificado o efeito linear e quadrático da ordem crescente das adições do componente cimentício e da densidade de compactação, respectivamente, sobre a magnitude e a evolução da resposta mecânica do solo melhorado. Além disso, o efeito quadrático puro desta resposta mecânica foi determinado com a variação da concentração alcalina (%Na2O) tendendo a um valor ótimo independentemente da densidade e do conteúdo do precursor. Finalmente, foi possível correlacionar o índice η/Biv na previsão da resposta mecânica do solo melhorado, em função da concentração da solução alcalina para os diferentes tempos de cura. Estes podem ser usados como curvas de dosagem para aplicações práticas.Alkaline cements have recently emerged as a new technology for the production of materials with binding properties, as an alternative to conventional materials (e.g., Portland clinker-based cement and lime), in response to the major limitations currently faced by the mass use of these conventional binding materials. These alkali-activated cements have been characterized by low CO2 emissions and low energy consumption in their production process; in addition, they offer the possibility of including waste and by-products from various industries as precursor materials and activators for their manufacture, reporting mechanical responses comparable to traditional materials. In this context, the present research proposes initially the synthesis of several alkali-activated systems produced from red ceramic wastes (RCW), coming from the construction and demolition industry, and carbide lime (CL), as a by-product of acetylene gas production, activated with sodium hydroxide solutions, with the objective of determining the dosage conditions, between precursors and activator, that tend to optimize the mechanical performance of this alternative cement. Subsequently, key parameters in terms of strength, stiffness and durability are evaluated in the improvement of granular soils from the addition and activation of these residues. In addition, study the possibility of adapting the porosity/binder index (η/Biv) in the estimation of the mechanical response. In general, it was possible to define dosage conditions between the precursor materials and the alkaline activator that tend to maximize the strength and stiffness of the alkali-activated pastes, obtaining simple compressive strengths of up to 14.6 MPa in 7 days of curing at room temperature. A mineralogical and microstructural characterization of this new cement was carried out, identifying primary reaction products (cementitious gel of heterogeneous composition), type C-S-H/C-A-S-H and alkaline silico-aluminates (C,N-A-S-H) coexisting in the cementitious matrix. The linear and quadratic effect of increasing order of cementitious component additions and compaction density, respectively, on the magnitude and evolution of the mechanical response of the improved soil was verified. Moreover, the pure quadratic effect of this mechanical response was determined with the variation of the alkali concentration (%Na2O) tending to an optimal value regardless of the density and the precursor content. Finally, it was possible to correlate the η/Biv index in the prediction of the mechanical response of the improved soil, as a function of the concentration of the alkaline solution for the different curing times. These can be used as dosage curves for practical applications
Influencia de estériles de carbón activados térmicamente en la fabricación de cementos de bajo contenido en clinker: durabilidad frente a agentes agresivos
Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Geología y Geoquímica. Fecha de lectura: 21-04-2020Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 21-10-202
Valorización de un residuo industrial procedente de la industria papelera como material puzolánico
Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Geología y Geoquímica, Fecha de lectura 12-03-200
Efecto de las cenizas de biomasa en la fabricación de eco-cementos binarios: caracterización y prestaciones físico–mecánicos y durable para su uso en la ingeniería civil
Los residuos de las actividades industriales (agroforestales, extractivas, construcción y demolición, etc.) constituyen un importante problema medioambiental en las sociedades modernas. Este escenario ha provocado el desarrollo de un marco normativo a nivel europeo, nacional y autonómico, con el objetivo de fomentar el desarrollo sostenible e implementar el modelo de economía circular. Este contexto “Hacia una economía circular: un programa de cero residuos para Europa” cobra especial relevancia el sector de la construcción y especialmente la industria cementera y del hormigón, que se han caracterizado tradicionalmente por ser actividades poco respetuosas con el medio ambiente. En este sentido, indicar que, en las últimas décadas estos sectores han tratado de incorporar a su modelo productivo residuos procedentes de la actividad industrial, tratando de reducir el consumo de recursos naturales, coste energético de la extracción de los mismos y las emisiones de CO₂. El objetivo de esta tesis es estudiar la viabilidad de reutilizar las cenizas de biomasa en la fabricación de nuevos materiales eco-eficientes de base cemento en el ámbito de la ingeniería civil. Para ello se estudiarán las propiedades físicas, mecánicas y durables de los productos finales, comprobando el cumplimiento de los requisitos exigidos por la normativa vigente.Industrial (agroforestry, mining, construction & demolition and similar) waste constitutes a substantial environmental problem in modern societies. That situation has prompted the enactment of new Europe-, nation- and region-wide legislation that seeks to further sustainable development and institute a circular economy. In the context of ‘Towards a circular economy, a zero waste programme for Europe’, the construction and especially the cement industries acquire particular importance as businesses traditionally characterised by their scant respect for the environment. That notwithstanding, in recent years they have made efforts to include industrial waste in their production models in an attempt to reduce the consumption of natural resources, the energy costs associated with their extraction and CO₂ emissions. This thesis aims to determine the viability of reusing biomass ash to manufacture new eco-efficient cement-based materials for civil construction. Attaining that goal will entail studying the physical and mechanical properties and durability of the end products, verifying their compliance with the requisites laid down in the existing legislation.Ministerio de Economía y Competitividad: proyecto de investigación BIA2016-76643-C3-1-R · Gobierno de Extremadura; fondos FEDER: ayuda al grupo de investigación MATERIA de la Universidad de Extremadura (GR 18122 y GR 15064
Resistencia de viga con cemento sustituido en 8% y 10% por la combinación de ceniza de lodo de papel y esquisto
El presente proyecto de investigación tiene por objetivo determinar el efecto de sustituir 6% de ceniza de lodo de papel, 2% de roca esquisto y 6% de ceniza de lodo de papel, 4% de roca esquisto en la resistencia a la flexión de un concreto.
Es una investigación aplicada y explicativa, de diseño experimental en bloque completamente al azar, con un enfoque cuantitativo. Se elaboró 27 probetas (9 para patrón, 9 con 8% y 9con 10%). La técnica fue la observación y como instrumentos tuvimos las fichas técnicas de laboratorio de Mecánica de suelos y ensayos de materiales. El proceso de los datos se realizó con los programas Excel y SPSS.
Para el análisis de los datos se elaboró tablas, gráficos, porcentajes, medias, varianzas y pruebas de hipótesis.
Lo que se quiso encontrar en el proyecto, es la adición parcial en un concreto estructural hasta en un 8%y 10% para corroborar si mejoró la resistencia del concreto y reducir gastos en construcciones.Tesi
Viabilidad científica, técnica y medioambiental del catalizador gastado de craqueo catalítico (FCC) como material puzolánico
Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Química Analítica y Análisis Instrumental. Fecha de lectura: 18 de enero de 2016Las cementeras ofrecen una alternativa para la gestión de residuos, ya que las
características de su proceso productivo permiten reciclar y valorizar distintos tipos de
subproductos con las condiciones técnicas y ambientales óptimas, sin ningún aumento
de riesgo personal o medioambiental.
En el presente trabajo se estudió la viabilidad de incorporar el catalizador gastado de
craqueo catalítico del petróleo (FCC) como adición activa al cemento. Este estudio se ha centrado en cinco aspectos fundamentales: caracterización físico química del
catalizador, la cinética de reacción en diferentes sistemas cementicios (puzolana/cal y
puzolana/cemento), la durabilidad de las nuevas matrices cementantes, aspectos
medioambientales y, finalmente los la viabilidad técnica de los morteros fabricados con
estos nuevos cementos.
La caracterización del catalizador establece que es un material de naturaleza
silicoaluminosa con una estructura principalmente amorfa.
La naturaleza puzolánica de este residuo se llevó a cabo en el sistema puzolana/cal
mediante el metodo “Disolucion Saturada de Cal”, comprobandose que este residuo
presenta una elevada actividad puzolánica a edades tempranas.
En cuanto a su cinética de reacción, las fases hidratadas principales durante la reacción
cal/puzolana fueron silicoaluminatos cálcicos hidratados posiblemente strälingita
(C2ASH8). Mientras que en el sistema puzolana/cemento, las principales fases de
reacción fueron geles CSH, portlandita, calcita, y aluminatos cálcicos hidratados
(CAH). Además se observó la formación de etringita que desaparece a lo largo del
tiempo de curado dando lugar a la formación de monocarboaluminato tetracálcico
(Ca4Al2O3CO3 x 11H2O).
La influencia de la incorporación del catalizador en las resistencias mecánicas se hizo
notar a partir de los 28 días de curado, cuando tiene lugar la reacción puzolánica. Las
mejores resistencias se alcanzaron con adiciones del 20% de FCCF.
Respecto a la red porosa, la incorporación del catalizador producía un refinamiento de la red porosa con el tiempo de reacción, aumentando el porcentaje de poros gel, tanto
mayor cuanto mayor es el porcentaje de FCCF incorporado y mayor fue el tiempo de
curado.
De acuerdo con la metodología de Koch-Steinnegger, las probetas con adiciones hasta
un 20% de FCCF fueron resistentes a sulfatos, ya que el índice resistente era igual o
superior al 70%.
Si se aplica este índice a todas las disoluciones agresivas estudiadas, los cementos
mezcla fabricados con este subproducto industrial no fueron sólo resistentes a sulfatos
sino que además lo eran al agua de mar y a NaCl; exceptuando aquellas probetas con un
20% de FCCF en una disolución de NaCl cuyo índice de Koch-Steinnegger no superaba
el 70% (65,5%).
La lixiviación de elementos contaminantes para morteros realizados con una sustitución
de un 35% de catalizador craqueo catalítico no depende de la edad del curado. Además
para esta adición y bajo las condiciones de lixiviación ensayadas este porcentaje de
adición era viable desde el punto de vista medioambiental.
Los cementos elaborados con el catalizador cumplían con las exigencias químicas y
físico-mecánicas requeridas en la normativa vigente. Además, al cuantificar los
componentes de los cementos fabricados con FCC, en los porcentajes estudiados, son
capaces de comportarse como cementos especificados en dicha norma.
Los resultados obtenidos en este trabajo muestran la posibilidad de reutilizar este
subproducto industrial como adiciones activas para la elaboración de futuros cementos
Pórtland comerciales ecoeficientes e innovadores.The cement industry offers an alternative for the waste management, since the
characteristics of its production process allow the recycling and valorization of different
types of by-products with optimum technical and environmental conditions without any
increase in personal or environmental risks.
This study explores the feasibility of incorporating the spent fluid cracking catalyst
(FCC) as active admixture to cement. This study has focused on five key areas: physicochemical characterization of the catalyst, reaction kinetics in different cementitious systems (pozzolan/lime and pozzolan/cement), the durability of the new cementitious matrixes, the environmental aspects and, finally, the technical feasibility of the mortars made with these new cements.
The catalyst characterization established that it is a silicoaluminate material with a
mainly amorphous structure.
The pozzolanic nature of this by-product was held in lime/pozzolan system using the
method "Saturated Lime Solution" verifying that this waste presented a high early
pozzolanic activity.
In terms of its reaction kinetics, the main hydrated phases during the lime/pozzolan
reaction were hydrated silicoaluminates possibly stralingita (C2ASH8). While in the
pozzolan/cement system, the main reaction phases were CSH gels, portlandite, calcite,
and hydrated calcium aluminates (CAH). Also, was observed the formation of ettringite,
which disappears over the curing time resulting in tetracalcium monocarboaluminate
formation (Ca4Al2O3CO3 x 11 H2O).
The influence of the addition of the catalyst on the mechanical strength is noted after 28
days of curing, when the pozzolanic reaction took place. Best result was obtained with
an addition of 20% of FCCF.
Regarding the pore network, the addition of the catalyst produced a refinement of pore
sizes with reaction time. The increasing of the percentage of partial porosity (1 – 0.1
μm) was greater as the percentage of FCCF added and the curing time were increased.
According to the Koch-Steinnegger methodology, the specimens with additions up to
20% of FCCF were resistant to sulphates, as its resistant index was equal to or greater
than 70%.
If this index is applied to all aggressive solutions studied, blended cements
manufactured with this industrial by-product were not only resistant to sulphates, but
also were seawater and ClNa resistant. Except for those specimens with 20% of FCCF
in a solution of ClNa which Koch-Steinnegger index not exceeded 70%, (65.5%).
The leaching of hazards elements in blended mortars with a 35% of fluid cracking
catalyst replacement did not depend on the age of curing. As well as, this addition and
under the leaching conditions tested, this percentage of addition would be viable from
the environmental point of view.
Cements made with this catalyst meet the chemical and physical-mechanical
requirements of the current standard. In addition, when the components of this blended
cements are quantify, at the studied percentages, they are able to behave as cements
specified in this standard.
The results obtained in this study showed the possibility of reusing this industrial byproduct as an active addition for elaborate future commercial Portland cements ecoefficient and innovative